实验十一落球法测液体的粘滞系数.PDF

实验十一 落球法测液体的粘滞系数 粘滞系数是液体的重要性质之一，它反映液体流动行为的特征．粘滞系数与液体的性 质，温度和流速有关，准确测量这个量在工程技术方面有着广泛的实用价值．如机械的润 滑，石油在管道中的传输，油脂涂料，医疗和药物等方面，都需测定 滞系数． 测量液体 滞系数方法有多种，落球法 （又称Stokes 法）是最基本的一种，它可用于 测量粘度较大的透明或半透明液体，如蓖 油，变压器油，甘油等． 【实验目的】 1．学习和掌握一些基本物理量的测量； 2 ．学会落球法测定液体的 滞系数． 【实验原理】 一个在液体中运动的物体会受到一个与其速度反方向的摩擦力，这个力的大小与物体 的几何形状、物体的速度以及液体的内摩擦力有关．液体的内摩擦力可用粘滞系数h 来表 征．对于一个在无限扩展液体中以速度v 运动的半径为r 的球形物体，斯托克斯（G.G. Stokes ） 推导出该球形物体受到的摩擦力即粘滞力为 F1 6p h v r （1） 当一个球形物体在液体中垂直下落时，它要受到三种力的作用，即向上的粘滞力F 、 1 向上的液体浮力F 和向下的重力F ．球体受到液体的浮力可表示为 2 3 4p F r 3 r g （2 ） 2 1 3 上式中r 1 为液体的密度，g 为重力加速度．球体受到的重力为 4p F r 3 r g （3 ） 3 2 3 式中r 2 为球体的密度．当球体运动某一时间后，上述三种力将达到平衡，即 F F F （4 ） 1 2 3 此时，球体将以匀速v 运动（v 也称为收尾速度）．因此，可以通过测量球体的下落速度v 来确定液体的粘滞系数： 74 2 2 r r g h r 2 1 （5 ） 9 v 这里v 可以从球体下落过程中某一区间距离s 所用时间t 得到，这样粘滞系数为 2 2 r r g t h r 2 1 （6 ） 9 s 在实际测量中，液体并非无限扩展，且容器的边界效应对球体受到的粘滞力有影响， 因此公式（1）需要考虑这些因数做必要修正．对于在无限长，半径为R 的圆柱形液体轴线 上下落的球体，修正后的粘滞力为 r F1 6p h v r 1 2.4 R （7 ） 这样公式 （6）变为 2 2 r r g t 1 h r